DE2937656C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Meßwertübertragungssystem entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Zum Fördern von Fasern, Fäden, Bändern und Folien, ins­ besondere bei deren Verstreckung, verwendet man beheizte, gelegentlich auch gekühlte Galetten. Hierbei ist es von großer Wichtigkeit, daß die Temperatur der gesamten Galetten­ oberfläche gleichmäßig auf dem vorgeschriebenen Wert gehalten wird, weil durch Temperaturabweichungen die Eigenschaften des Produktes sehr ungünstig beeinflußt werden.

Die Temperaturmessung ist bei den schnell rotierenden Körpern mit erheblichen Problemen verbunden. Es sind daher schon eine Reihe von Meßanordnungen bekanntgeworden. Eine zusammenfassende Darstellung derartiger Meßanordnungen ist in einem Aufsatz von W. Erdmann enthalten, der in der Zeitschrift "Elektro-Anzeiger" vom 25. 09. 1968 veröffent­ licht wurde.

Bei einem aus der DE-OS 27 45 770 bekannten Meßwertüber­ tragungssystem der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ange­ gebenen Gattung ist an einer Stelle des rotierenden Körpers, die bezüglich ihrer Temperatur überwacht werden soll, ein Temperaturfühler angeordnet. Lichtquelle und Detektor sind auf dem rotierenden Körper bzw. auf dem feststehenden Teil so angeordnet, daß zwischen ihnen im Betrieb eine Relativ­ bewegung besteht. Daher stehen diese beiden Elemente bei jeder Umdrehung des rotierenden Körpers einander nur kurz­ zeitig gegenüber. Dementsprechend erfolgt die Übertragung des aus der Temperaturmessung gewonnenen Signals in Gestalt von kurzzeitigen Impulsgruppen, die durch große Intervalle unterbrochen sind. Hierdurch wird der verwertbare Frequenz­ bereich beschnitten und die Übertragungsqualität beein­ trächtigt. Da die Länge der Impulsgruppen von der zwischen den beiden Körpern bestehenden Relativgeschwindigkeit ab­ hängt, wird durch Änderung der Relativgeschwindigkeit die Zahl der Impulse pro Impulsgruppe verändert. Da die Frequenz des übertragenen Wechsellichtes vorzugsweise durch Zählung der in den einzelnen Impulsgruppen enthaltenen Impulse bestimmt werden soll, bedeutet dies, daß jede Änderung der Relativgeschwindigkeit die Übertragung verfälscht, falls nicht zusätzliche Korrekturmaßnahmen getroffen werden.

Bei einem anderen Meßwertübertragungssystem, das aus der DE-PS 24 28 890 bekannt ist, ist zur Übertragung des aus der Temperaturmessung abgeleiteten Wechselspannungssignals ein Kondensator vorgesehen, bestehend aus einer axial an dem rotierenden Körper befestigten Platte und einer feststehenden Platte. Dieser Kondensator dient gleichzeitig auch zur Ein­ speisung der Energie für die Stromversorgung des rotierenden Teils. Wegen der begrenzten Größe der Platten ist es er­ forderlich, den Abstand der beiden Platten sehr klein zu halten, um eine ausreichende Kapazität zu erreichen, die in Anbetracht der relativ niedrigen Frequenzen nicht zu klein sein darf. Der geringe Plattenabstand bedingt einen erheblichen Aufwand in Fertigung und Montage und erhöht die Störanfälligkeit im Betrieb. Es hat sich auch gezeigt, daß über die Stromversorgung, selbst wenn man weit auseinander­ liegende Frequenzbänder wählt, Störsignale in das Meßwert­ übertragungssystem eingestreut werden können. Durch diese Schrift ist es auch schon bekannt, zur Temperaturmessung mindestens drei temperaturabhängige Widerstände auf dem rotierenden Körper anzuordnen. Die Schaltung dieser Wider­ stände bewirkt, daß der Oszillator einen Mittelwert der von den drei Widerständen ausgehenden Signale bildet.

Die DE-OS 25 51 527 beschreibt eine Vorrichtung zur gleich­ zeitigen Übertragung einer Vielzahl von Signalen zwischen zwei relativ zueinander rotierenden Anordnungen. Hierbei sind sowohl auf dem rotierenden als auch auf dem feststehenden Teil zahlreiche Lichtleiterfasern in konzentrischen Ringen angeordnet, wobei offenbar jeder Ring ein Signal überträgt. Diese Anordnung ist sehr kompliziert und kostspielig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Meßwertüber­ tragungssystem entsprechend dem Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1 zu schaffen, das in der Lage ist, die Temperaturen mehrerer Stellen des rotierenden Körpers zu messen und die aus den Temperaturmessungen abgeleiteten Signale gleichzeitig zu übertragen und für die Auswertung wieder zu trennen, und das dabei einfach ist, keine überhöhten Anforderungen bezüglich Fertigungs- und Montagetoleranzen stellt und im Betrieb un­ empfindlich gegen Störeinflüsse ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Durch die axiale Anordnung der Lichtquelle und des Detektors wird eine ununterbrochene Signalübertragung ermöglicht. Da­ durch wird - unabhängig von Drehzahländerungen - die Über­ tragungsqualität in erheblichem Maße verbessert. Die hohe Über­ tragungsqualität ist die Voraussetzung für die gleichzeitige Übertragung mehrerer Signale und deren anschließende Trennung.

Durch das Merkmal des Anspruchs 2 ist es möglich, bei Mehr­ kanalübertragung für alle Kanäle die gleichen nachgeschalteten Geräte zu verwenden.

Die Schaltung gemäß Anspruch 3 hat den Vorteil, daß die Emp­ findlichkeit erhöht wird und gleichzeitig für jede Oberflächen­ zone der Galette die Temperatur automatisch gemittelt wird.

In Anspruch 4 ist eine bevorzugte Möglichkeit zur einfachen und unempfindlichen Energieeinspeisung in den rotierenden Teil angegeben.

In den Ansprüchen 5 und 6 sind die Bauelemente angegeben, die nach dem heutigen Stand der Technik vorzugsweise als Licht­ quelle bzw. photoelektronisches Bauteil eingesetzt werden.

Die Zeichnung soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbei­ spiels verdeutlichen.

Fig. 1 zeigt eine Prinzipdarstellung des erfindungsgemäßen Meßwertübertragungssystems mit zwei Kanälen.

Fig. 2 zeigt für ein zweikanaliges System die Abhängigkeit der Ausgangsfrequenz der beiden Oszillatoren von der Eingangs­ spannung.

Fig. 3 zeigt ebenfalls für ein zweikanaliges System die Abhängigkeit der Ausgangsspannung der selektiven Netz­ werke von der Eingangsfrequenz.

Fig. 4 zeigt den mechanischen Aufbau einer Galette mit einem Meßwertübertragungssystem gemäß der Erfindung.

Als Temperaturfühler sind die temperaturabhängigen Wider­ stände 1 und 2 vorgesehen, die zwei unabhängig voneinander beheizbaren oder kühlbaren Oberflächenzonen einer Galette zugeordnet sind. Diese sind in bekannter Weise in Brücken­ schaltungen 3 bzw. 4 integriert, die am Ausgang eine den Änderungen der Widerstände 1 und 2 proportionale Spannung abgeben. Die Ausgänge der Brückenschaltungen 3, 4 sind mit den Eingängen von Spannungs-Frequenzwandlern verbunden. Die Spannungsfrequenzwandler sind im wesentlichen Oszilla­ toren 5, 6, die eine zur Eingangsspannung proportionale Frequenz in Form von Rechteckimpulsen abgeben.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, ist der Anstieg der Kennlinie K ₅ des Oszillators 5 erheblich kleiner als der Anstieg der Kennlinie K ₆ des Oszillators 6. Geht man in beiden Fällen von einer Eingangsspannung u aus, die der Soll­ temperatur t ₀ entspricht, so ist beim Oszillator 5 die korrespondierende Ausgangsfrequenz f ₅₀, beim Oszillator 6 jedoch f ₆₀. Bezeichnet man die an den Ausgängen der Brückenschaltungen 3 und 4 auftretenden maximalen Span­ nungsabweichungen mit ±Δ u, so ergeben sich an den Aus­ gängen der beiden Oszillatoren 5 und 6 die Frequenzbe­ reiche f ₅₀ ± Δ f ₅ bzw. f ₆₀ ± Δ f ₆. Wie aus Fig. 2 er­ sichtlich, liegt zwischen den beiden Frequenzbereichen eine deutliche Lücke. In der Praxis ist beispielsweise f ₅₀ gleich 7,5 kHz, Δ f ₅ gleich 2,5 kHz, Δ f ₆₀ gleich 30 kHz, Δ f ₆ gleich 10 kHz. Der Oszillator 6 erzeugt also bei gleicher Eingangsspannung eine viermal so hohe Frequenz wie der Oszillator 5. Für jeden Frequenzbereich ist die untere Grenzfrequenz etwa halb so groß wie die obere Grenzfrequenz.

Die Ausgangsimpulse der beiden Oszillatoren werden über Widerstände 7 bzw. 8 der Leuchtdiode 9 zugeführt, die entsprechende Lichtimpulse - vorzugsweise im Ultrarot­ bereich - aussendet. Das modulierte Licht fällt auf den Phototransistor 10, der im Gegensatz zu den bisher erwähn­ ten Teilen am feststehenden System montiert ist. Seine Ausgangsspannung liegt an dem breitbandigen Verstärker 11. Das verstärkte Signal wird an die Eingänge der beiden frequenzselektiven Netzwerke 12 bzw. 13 zugeführt, die z. B. als PLL-Schaltungen (PHASE LOCKED LOOP) ausgebildet sind. Wie aus Fig. 3 ersichtlich, umfaßt gemäß Kennlinie K ₁₂ der Fangbereich des Netzwerkers 12 im wesentlichen das Frequenzband f ₅₀ ± Δ f ₅ und der Fangbereich des Netz­ werkes 13 gemäß Kennlinie K ₁₃ im wesentlichen das Fre­ quenzband f ₆₀ ± Δ f ₆. Zwischen den Fangbereichen ist eine deutliche Lücke.

Dem Netzwerk 13 ist ein Frequenzumsetzer 14 nachgeschal­ tet, der die Signalfrequenz auf ein Viertel der Ein­ gangsfrequenz herabsetzt. Der Umsetzungsfaktor ist also der Kehrwert des Verhältnisses der Anstiege der beiden Kennlinien K ₆ und K ₅. Bei gleichen Spannungen an den Temperaturfühlern 1 und 2 erscheint also am Ausgang des Frequenzumsetzers 14 die gleiche Frequenz wie am Ausgang des Netzwerkes 12. Daher können für die Weiterverarbei­ tung der Signale auf den beiden Kanälen übereinstimmende Geräte vorgesehen werden.

Für die Anzeige der Temperatur sind bei dem dargestell­ ten Ausführungsbeispiel digitalarbeitende Geräte, z. B. Zähler 15, 16 vorgesehen. Diese sind unmittelbar mit dem Ausgang des Netzwerkes 12 bzw. des Frequenzumsetzers 14 verbunden.

Zur Anpassung an ein analog arbeitendes Regelsystem die­ nen Frequenz- Spannungswandler 17 und 18, die ebenfalls mit den Ausgängen der Geräte 12 bzw. 14 verbunden sind. Von dem Frequenz-Spannungswandler 18 geht eine Verbindungs­ leitung zu dem Regler 19, der im wesentlichen einen Soll- Ist-Wertvergleicher 20, einen Soll-Wertgeber 21 und einen Verstärker 22 mit PID Verhalten umfaßt. Der Verstärker 22 arbeitet auf einen kontinuierlichen Leistungssteller 23, der den Strom für die Heizung 24 einer Oberflächenzone der Galette beeinflußt. Ein entsprechendes Regelsystem ist auch dem Frequenz-Spannungswandler 17 nachgeschaltet.

Aus Fig. 4 ist der mechanische Aufbau einer Galette 30 erkennbar, die mit dem erfindungsgemäßen Meßwertüber­ tragungssystem ausgerüstet ist. Der Galettenmantel 31 ist mit der Stirnwand 32 und der Galettennabe 33 ein­ stückig ausgebildet. Die Nabe 33 sitzt auf der Welle 34 des Motors 35, der an der Frontplatte 36 eines Maschinen­ gestells festgeschraubt ist. In dem ringförmigen Innen­ raum der Galette 30 sitzen auf einer ebenfalls fest mit der Frontplatte 36 verbundenen, die Nabe 33 ringsum ab­ schirmenden Hülse 37 aus Isoliermaterial die beiden ring­ förmigen elektrischen Heizkörper 38 und 39, die sich je über die halbe Länge der Galette erstrecken. Dadurch ist die Galette in zwei Zonen unterteilt, deren Temperaturen unabhängig voneinander regelbar sind. Der Galettenmantel 31 ist an zwei einander gegenüberliegenden Stellen mit achsenparallelen engen Bohrungen 40, 41 versehen, die sich von der Stirnseite her nahezu über die ganze Länge der Galette erstrecken. In den Bohrungen sitzen je zwei Temperaturfühler 1 a, 2 a bzw. 1 b, 2 b, von denen die Füh­ ler 1 a, 1 b der hinteren und die Fühler 2 a, 2 b der vor­ deren Zone zugeordnet sind. Die Anschlußleitungen der Temperaturfühler sind durch den Zwischenraum zwischen der Stirnwand 32 und einem Deckel 42, durch ein koaxiales Schutzrohr 43 und durch eine Bohrung 44 der Welle 34 zu dem der Galette 30 abgekehrten Ende der Welle 34 geführt.

Auf diesem aus dem Gehäuse des Motors 35 herausragenden Ende sitzt ein mitrotierendes topfförmiges Gehäuse 45. Darin sind die Teile 3 bis 6, die als integrierte Bau­ teile ausgebildet sind, sowie ein zugehöriges handels­ übliches Stromversorgungsteil untergebracht. Die elektro­ nischen Bauteile in dem Gehäuse 45 sind mit Gießharz ver­ gossen und dadurch gegen mechanische Beschädigungen sowie gegen Feuchtigkeit geschützt. Am Eingang des vergossenen, in Fig. 4 nicht sichtbaren Teils 3 liegen die in Reihe geschalteten Temperaturfühler 1 a, 1 b, denen in der Prin­ zipdarstellung der Fig. 1 der Temperaturfühler 1 ent­ spricht. Ebenso sind die Meßfühler 2 a, 2 b in Reihe ge­ schaltet und mit dem Eingang des eingegossenen Teils 4 verbunden.

Von den eingegossenen Teilen 5, 6 gehen in Fig. 4 nicht dargestellte Leitungen über Widerstände entsprechend 7 und 8 zu der Leuchtdiode 9. Diese ist genau in der Achse auf einem Deckel 46 des Gehäuses 45 befestigt.

Das Gehäuse 45 ist von einer fest mit dem Gehäuse des Motors 35 verbundenen becherförmigen Kapsel 47 vollstän­ dig eingeschlossen. Darin sitzt auf einem Zwischenboden 48 der Phototransistor 10 genau auf der Achse, d. h. gegen­ über der Leuchtdiode 9. Der Abstand zwischen Leuchtdiode 9 und Phototransistor 10 ist nicht besonders kritisch. Er kann bis zu etwa 25 mm betragen. Ebenfalls in der Kapsel 47 sitzen die Teile 12, 13, 14, 17 und 18, die in Fig. 4 nicht im einzelnen dargestellt sind. Sie sind als inte­ grierte Bauteile ausgebildet und mit Gießharz vergossen. Aus der Kapsel 47 sind Anschlüsse für nachgeschaltete und Meß- und/oder Regelgeräte nach außen geführt.

Die Stromversorgung des rotierenden Systems erfolgt in­ duktiv über eine Primärwicklung 49, die in einer Nut in der Innenwand der Kapsel 47 liegt, und eine Sekundär­ wicklung 50, die in einer Nut des mitrotierenden Gehäu­ ses 45 liegt und mit dem eingegossenen Stromversorgungs­ teil verbunden ist.

Claims (6)

1. Meßwertübertragungssystem für die Temperatur eines rotieren­ den Körpers, insbesondere einer beheizten oder gekühlten Galette, bestehend
aus einem mitrotierenden Teil, der mindestens einen Tempera­ turfühler, einen durch den Temperaturfühler beeinflußten Oszillator und eine durch den Oszillator modulierte Licht­ quelle aufweist, und
aus einem feststehenden Teil, der einen lichtempfindlichen Detektor aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens zwei Temperaturfühler (1, 2) vorgesehen sind, die in verschiedenen, getrennt beheizten oder gekühlten Oberflächenzonen der Galette (30) angebracht sind,
daß den einzelnen Temperaturfühlern (1, 2) in getrennten Frequenzbereichen arbeitende Oszillatoren zugeordnet sind,
daß die Oszillatoren gemeinsam auf eine einzige, axial ange­ ordnete Lichtquelle (9) geschaltet sind und
daß dem ebenfalls axial angeordneten lichtempfindlichen Detek­ tor (10) unter Zwischenschaltung selektiver Netzwerke (12, 13) entsprechend der Anzahl der Temperaturfühler mindestens zwei Anzeigeinstrumente (17, 18) und/oder Regler (21) nachgeschaltet sind.

2. Meßwertübertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem selektiven Netzwerk (13) des einen Kanals ein Frequenzwandler (14) nachgeschaltet ist, dessen Ausgangsfrequenzbereich mit dem Frequenz­ bereich des Netzwerkes (12) des anderen Kanals über­ einstimmt.

3. Meßwertübertragungssystem nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß in jeder Oberflächenzone der Galette (30) mindestens zwei in Reihe geschaltete Temperaturfühler (1 a, 1 b; 2 a, 2 b) angebracht sind.

4. Meßwertübertragungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromver­ sorgung des mitrotierenden Teils induktiv über eine mit dem feststehenden System verbundene Primärwicklung (48) und eine mit dem rotierenden System verbundene Sekundärwicklung (49) erfolgt.

5. Meßwertübertragungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die modulierbare Lichtquelle (9) eine Leuchtdiode ist.

6. Meßwertübertragungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der lichtempfind­ liche Detektor (10) ein Phototransistor ist.